Dural stimulering och periorbital von Frey-testning hos möss som en preklinisk modell av huvudvärk

Summary

Det mest anmärkningsvärda symptomet på migrän är svår huvudsmärta, och det antas att detta förmedlas av sensoriska neuroner som innerverar hjärnhinnorna. Här presenterar vi en metod för att lokalt applicera ämnen på dura på ett minimalt invasivt sätt samtidigt som man använder ansiktsöverkänslighet som utgång.

Abstract

Kranialmeningarna, som består av dura mater, araknoid och pia mater, tros främst tjäna strukturella funktioner för nervsystemet. Till exempel skyddar de hjärnan från skallen och förankrar / organiserar den vaskulära och neuronala tillförseln av cortex. Hjärnhinnorna är emellertid också inblandade i nervsystemet störningar såsom migrän, där smärtan som upplevs under migrän tillskrivs lokal steril inflammation och efterföljande aktivering av lokala nociceptiva afferenter. Av skikten i hjärnhinnorna är dura mater av särskilt intresse för patofysiologin hos migrän. Det är mycket vaskulariserat, har lokala nociceptiva neuroner och är hem för ett varierat utbud av bosatta celler som immunceller. Subtila förändringar i den lokala meningeala mikromiljön kan leda till aktivering och sensibilisering av durala perivaskulära nociceptorer, vilket leder till migränsmärta. Studier har försökt ta itu med hur durala afferenter aktiveras / sensibiliseras genom att använda antingen in vivo elektrofysiologi, bildteknik eller beteendemodeller, men dessa kräver vanligtvis mycket invasiva operationer. Detta protokoll presenterar en metod för jämförelsevis icke-invasiv applicering av föreningar på dura mater hos möss och en lämplig metod för att mäta huvudvärkliknande taktil känslighet med hjälp av periorbital von Frey-testning efter dural stimulering. Denna metod upprätthåller integriteten hos dura och skalle och minskar förvirrande effekter från invasiva tekniker genom att injicera ämnen genom en 0,65 mm modifierad kanyl vid korsningen av osmälta sagittala och lambdoidsuturer. Denna prekliniska modell kommer att göra det möjligt för forskare att undersöka ett brett spektrum av durala stimuli och deras roll i den patologiska utvecklingen av migrän, såsom nociceptoraktivering, immuncellsaktivering, vaskulära förändringar och smärtbeteenden, samtidigt som skadefria tillstånd för skallen och hjärnhinnorna upprätthålls.

Introduction

Migränsmärta är fortfarande ett stort folkhälsoproblem över hela världen. Världshälsoorganisationen rankar den som den sjätte vanligaste sjukdomen i världen, som drabbar knappt 15% av jordens befolkning¹ och orsakar en betydande socioekonomisk börda för samhället ^2,3. Behandlingsalternativ och deras effekt har varit suboptimala och ger endast symtomatisk lindring och modifierar inte signifikant patofysiologiska händelser som under migrän förekommer ^4,5. Bristen på behandlingsframgång beror sannolikt på att migrän är en multifaktoriell störning vars patologi är dåligt förstådd, vilket leder till ett begränsat antal terapeutiska mål. Migrän är också utmanande att fullt ut fånga i djurmodeller, särskilt med tanke på att migrändiagnos görs baserat på verbal kommunikation med patienter som beskriver sin erfarenhet av migränkännetecken som aura, huvudvärk, fotofobi och allodyni. Trots detta är det viktigt att notera att de senaste framstegen inom migränbehandlingar för närvarande överträffar behandlingar för många neurologiska tillstånd som har validerats väl av prekliniska modeller. Till exempel har monoklonala antikroppar och små molekyler som riktar sig mot kalcitoningenrelaterad peptid eller dess receptor varit mycket framgångsrika för att förbättra livskvaliteten hos migränpatienter och kan potentiellt förändra den kliniska hanteringen av migrän. Även om det har skett framsteg när det gäller att förstå denna sjukdom, fortsätter det att finnas mycket kvar att belysa.

Baserat på prekliniska djurmodeller och mänskliga studier är det allmänt accepterat att migränhuvudvärk initieras av avvikande aktivering av nociceptiva fibrer i hjärnhinnorna som signalerar genom trigeminus- och övre cervikala dorsalrotganglierna 6,7,8,9,10. Trots denna teori använder många studier fortfarande systemisk administrering av läkemedel för att förstå underliggande bidragande mekanismer vid migrän. Medan systemisk dosering av läkemedel har stärkt vår förståelse väsentligt, bedömer dessa resultat inte direkt om lokala åtgärder inom målvävnaden av intresse spelar en roll i migrän. Omvänt har flera studier tagit ett tillvägagångssätt för att stimulera dura; Dessa experiment kräver emellertid kanylimplantation via en invasiv kraniotomi och förlängd återhämtning gånger ^11,12. På grund av dessa begränsningar utvecklade vi ett minimalt invasivt tillvägagångssätt för att lokalt stimulera dura där bristen på kraniotomi eliminerar postkirurgisk återhämtning och möjliggör omedelbar testning på vakna djur 12,13,14. Dessa injektioner utförs under lätt isoflurananestesi och administreras vid korsningen av sagittal- och lambdoidsuturerna hos möss.

Flera metoder har utvecklats för att utvärdera nociceptiva beteendemässiga svar hos gnagare¹⁵. Kutan allodyni har rapporterats hos cirka 80 % av migränpatienterna^16,17 och utgör ett potentiellt translationellt effektmått för användning hos gnagare. I prekliniska modeller har appliceringen av von Frey-filament på plantarregionen hos gnagaretassen använts för att bedöma smärtbeteenden i prekliniska migränmodeller. Den primära begränsningen av detta tillvägagångssätt är att det inte testar den cefaliska regionen. Ansikts grimaspoäng har använts för att fånga smärtbeteenden hos gnagare genom att analysera ansiktsuttryck efter induktion av smärtstimuli^18,19. Dess begränsningar inkluderar emellertid endast att fånga svar på akuta stimuli och inte kroniska orofaciala smärttillstånd. Ansiktsvård och minskad uppfödning betraktas också som resultat av beteendemässiga svar i prekliniska modeller av migrän^20,21. Begränsningar av den förra inkluderar svårigheter att skilja smärtsvar från normal rutinmässig grooming och andra känslor som klåda. När det gäller det senare minskar uppfödningsbeteenden vanligtvis snabbt efter införandet av gnagare till nya miljöer. Även om var och en av dessa beteendemässiga slutpunkter är värdefulla för förståelsen av olika mekanismer som bidrar till smärttillstånd, finns det ett kritiskt behov av prekliniska modeller av smärtstörningar som migrän för att inkludera slutpunkter som specifikt fångar cefaliska överkänslighetssvar. Att bedöma taktil överkänslighet hos periorbital hud efter dural stimulering är en metod som kan ge bättre insikt i mekanismer som bidrar till migrän där sensoriska symtom är övervägande cefaliska till sin natur. Här beskriver vi en metod för att administrera ämnen på musdera som en preklinisk modell av migrän. Efter dural applicering presenterar vi också en detaljerad metod för att testa periorbital taktil överkänslighet med hjälp av kalibrerade von Frey-filament som tillämpas i Dixon upp-ner-metoden.

Protocol

Alla förfaranden genomfördes med förhandsgodkännande av den institutionella djurvårds- och användningskommittén vid University of Texas i Dallas. ICR (CD-1) (30-35 g) och C57/BL6 (25-30 g) möss i åldern 6-8 veckor användes i denna studie. 1. Dural infuserare Skapa musinfuserare/injektorer genom att modifiera en kommersiellt tillgänglig inre kanyl och infusionsflock för ensidiga injektioner med ett icke-metalliskt smält kiseldioxidplastlock som är justerbart och sätts i…

Representative Results

Denna injektionsmetod används för att administrera stimuli på dura av möss så att efterföljande beteendetestning kan inträffa. Den vanligaste beteendeproduktionen som mäts med denna modell är kutan ansiktsöverkänslighet bedömd via von Frey 12,13,14. Här visar vi hur denna modell kan användas för att bedöma potentiella könsspecifika bidrag till migränpatologi (Figur 3). <p class…

Discussion

Maladaptiva förändringar i det lokala nociceptiva systemet i dura anses vara en viktig bidragsgivare till huvudvärksfasen av migränattacker trots brist på vävnadsskada ^25,26. Här presenterar studien en metod där minimalt invasiv stimulering av dura kan inducera ansiktstaktil överkänslighet. Att belysa de mekanismer och händelser som är involverade i dural nociceptoraktivering utan att orsaka skador på kraniet och vävnaderna kan mer exakt återspegla…

Materials

4 oz Hot Paper Cups	Choice Paper Company	5004W	https://www.webstaurantstore.com/choice-4-oz-white-poly-paper-hot-cup-case/5004W.html
Absorbent Underpads	Fisherbrand	14-206-65	https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-absorbent-underpads-8/p-306048
C313I/SPC Internal 28 G cannula	P1 Technologies (formerly Plastics One)	8IC313ISPCXC	I.D. 18 mm, O.D. 35 mm
Gastight Model 1701 SN Syringes	Hamilton	80008	https://www.hamiltoncompany.com/laboratory-products/syringes/80008
Ismatec Pump Tubing, 0.19 mm	Cole-Palmer	EW-96460-10	https://www.coleparmer.com/i/ismatec-pump-tubing-2-stop-tygon-s3-e-lab-0-19-mm-id-12-pk/9646010
Stand with chicken wire	Custom		The galvanized steel chicken wire dimensions are 0.25 in. x 19-gauge
Testing Rack with individual  Chambers	Custom		Each chamber should have a division between each mouse and lids to contain the mouse. The chambers should also be large enough to hold a 4 oz. paper cup.
von Frey Filaments	Touch test/Stoelting	58011	https://www.stoeltingco.com/touch-test.html